DE19521702A1 - Bürstenbrücke für Gleichstrommaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bürstenbrücke für Niederspannungs- Gleichstrommaschinen, bestehend aus einem Bürstenring mit Bür­ stenhaltern, einer potentialfreien Bürstenverschleißanzeige, einem Thermoschalter zur Überwachung der Bürstentemperatur und elektrischen Verbindungen der Bürstenhalter.

Es ist bekannt, Bürstenringe der eingangs genannten Art aus du­ roplastischem Formstoff mit aufgenieteten oder geschraubten Bürstenhaltern aus Messingguß oder Messingblech zu verwenden. Die Montage der elektrischen Verbindungen der Bürstenhalter, die Bürstenverschleißeinrichtung und die Einrichtung zur Tempe­ raturüberwachung, sofern vorhanden, wurde bisher in die Monta­ gelinie der Motorenfertigung integriert.

Für die Polverbindungen zwischen den Bürstenhalterpaaren dienen mit den Bürstenhaltern über Kabelschuhe verschraubte, flexible, isolierte Kupferleitungen.

Diese Kabel, sowie die Kabelschuhe, sind platzraubend, was bei engen Einbauverhältnissen im Motorlagerschild Platznot und einen vermehrten Einbauaufwand erfordert.

Die im Querschnitt bedeutend schwächeren Leitungen der Melde­ einrichtunq und der Thermowächter werden üblicherweise mittels Kabelbindern an den Verbindungen der Bürstenhalter befestigt. Die Bürstenverschleiß- und Temperaturüberwachungen der Bürsten­ brücken werden an ein Auswertegerät über einzelne, handelsüb­ liche Steckverbinder angeschlossen.

Bei Meldeeinrichtungen für die Verschleißanzeige der Kohlebür­ ste können Bürsten mit einem eingestampften Meldekontakt, so­ genannte Meldebürsten, eingesetzt werden. Bei jedem Bürsten­ wechsel ist der teure Kontakt jedoch verloren und verursacht entsprechende Kosten.

Bei potentialbehafteten Meldeeinrichtungen wird der über die Bürsten fließende Strom als Meldestrom verwendet. Der Kontakt wird über die Bürstendruckfedern auf am Bürstenring befestigte federnde Kontakte hergestellt. Leitungen mit Steckhülsen be­ sorgen die Verbindungen zwischen zwei mit Steckzungen versehe­ nen Kontaktfederpaaren.

Bei Gleichstrom-Industriemaschinen wird der Meldekontakt durch Mikroschalter praktiziert. Durch den starken Schmutzanfall und die Feuchtigkeit bei besonderen Anwendungsfällen, wie bei­ spielsweise bei Flurförderfahrzeugen, sind übliche Mikroschal­ ter störanfällig. Der in die Schalter eindringende Schmutz setzt den empfindlichen Mechanismus außer Betrieb. Deshalb kön­ nen gekapselte Schalter zum Einsatz gelangen, was jedoch aus Kostengründen möglichst vermieden wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige, robuste, komplett einbaufertig verdrahtete Bürstenbrücke mit potentialfreier Bürstenverschleißanzeige und thermischer Über­ wachung der Bürstentemperatur zu schaffen, wobei die Möglich­ keit eines Anschlusses der Bürstenverschleiß- und Temperatur­ überwachung verwechslungssicher an das Überwachungsgerät ge­ geben sein muß. Die Meldeeinrichtung muß gegen die im Betrieb auftretende starke Verschmutzung durch Staub, Kohlestaub, in­ folge Abnutzung der Bürsten und Feuchtigkeit geschützt sein. Die Wärmebeständigkeit hat der Isolierstoffklasse F = 155°C zu entsprechen. Die Verbindungsleitungen für die Bürstenhalter sollen platzsparend ausgeführt und vorteilhaft mit den Bürsten­ haltern verbunden sein sowie eine unabhängige Anschlußmöglich­ keit der Kohlebürsten gewährleisten.

Die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß der Bürstenring aus einem duroplastischen, wärmebe­ ständigen Formstoff besteht, mit welchem die Bürstenhalter ver­ nietet sind und zur Polverbindung Leiter aus massivem Rundkup­ fer eingesetzt und durch Verstauchen mit den Bürstenhaltern verbunden sind.

Von Vorteil ist es, als Meldeeinrichtung für eine Verschleiß­ anzeige direkt in Aussparungen des Bürstenringes montierte Kon­ taktelemente einzusetzen.

Die Meldeleitungen zur Verschleißanzeige können in Nuten und in durch die Nuten verbundenen, breiteren Ausnehmungen auf der Rückseite des Bürstenringes angeordnet sein. In weiterer Aus­ bildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Ausnehmungen und Nuten für die Aufnahme der Leitungen der Meldeeinrichtungen mit einem einteiligen Abdeckkranz aus wärmebeständigem Kunst­ stoff verschlossen werden.

Die Meldeleitungen sind vorzugsweise mit den Kontaktelementen durch Falzen oder Bördeln ("Crimpen") verbunden.

Durch eine besondere Einfachheit zeichnet sich eine Meldeein­ richtung für eine Verschleißanzeige dadurch aus, daß direkt in Ausnehmungen des Bürstenringes montierte Kontaktelemente vor­ gesehen sind. Diese Kontaktelemente können entweder mit einem isolierten Ende unmittelbar von der Bürstendruckfeder betätig­ bar sein oder es ist ein auf einer Achse gelagerter, zweiarmi­ ger Hebel zur Betätigung der Kontaktelemente vorgesehen.

Bei Verwendung eines Hebels ist dieser vorzugsweise zweiarmig ausgeführt, wobei der lastseitige Hebelarm länger ist als der kraftseitige. Durch die Lagerung des Hebels auf einer Achse wird die Bewegung der labilen Spiralbandfeder der Kohlebürste in eine definierte Bewegung zum exakten Auslösen des Meldekon­ taktes umgesetzt. Die Trennung der Kontakte wird durch die He­ belarmgeometrie fast schlagartig unter Einschränkung eines mög­ lichen Kontaktflatterns auf ein Mindestmaß erreicht.

Die erfindungsgemäße Bürstenbrücke stellt eine kompakte, hand­ liche Ausführung mit einer integrierten, über einen Mehrfach­ stecker schnell und verwechslungssicher anzuschließende Über­ wachungssensorik sowie mit starren, platzsparenden Bürstenhal­ terverbindungsleitungen ohne störende, flexible Kabel oder Litzen dar. Als weiterer Vorteil einer guten Handhabung, schnellen und leichten Montage ins Motorlagerschild entfällt beim Hersteller der Maschine der bisherige Aufwand für die Ver­ drahtung der einzelnen Elemente. Die Anzahl der Bauteile ist verringert, so daß Lagerhaltungskosten gesenkt werden können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar­ gestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Bürstenring mit daran befestigten Bürstenhaltern,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Bürstenring,

Fig. 3 die Rückseite des Bürstenrings,

Fig. 4 eine Alternative für die Bürstenmeldeeinrichtung mit einem durch die Bürstendruckfeder betätigbaren, fe­ dernden Kontaktarm in den Betriebsstellungen a und b und

Fig. 5 eine weitere Alternative für die Bürstenmeldeeinrich­ tung mit einem Mikroschalter in den Betriebsstellun­ gen a und b.

An dem Bürstenring 1 aus einem duroplastischen, wärmebeständi­ gen Formstoff sind Bürstenhalter 2, vorzugsweise aus Messing­ blech, angebracht und mit dem Ring vernietet. Die Bürstenfeder 3 sorgt mit ihrem freien Ende 3a für die notwendige Anpreß- und Vorschubkraft der Kohlebürsten 30 an den Kommutator 31 der Gleichstrommaschine. Es sind starre Polverbindungsleitungen 4 aus gebogenem Rundkupfer vorgesehen und mit einem Isolier­ schlauch 5 überzogen oder mit einem anderen geeigneten Iso­ liermaterial beschichtet. Die Polverbindungsleitungen sind mit den Bürstenhaltern an den Positionen 6 durch Verstauchen ver­ bunden.

Die starren, fest mit den Bürstenhaltern vernieteten Leiter aus Rundkupfer sind in ihrer Lage definiert und gewähren dadurch einen ausreichenden Isolierabstand 7 zur Bildung einer Luft­ strecke.

Die zusätzliche Isolation 5 dient als Sicherheit. Die frei im Luftstrom liegenden Leitungen 4 gewähren eine gute Wärmeab­ fuhr an die den Motor durchströmende Kühlluft. Die platzsparen­ de Bauweise kommt den engen Einbauverhältnissen im Lagerschild der Gleichstrommaschine, insbesondere bei Motoren für Flurför­ derfahrzeugen entgegen und erleichtert die Montage.

Für jede Kohlebürste ist eine Verschleißmeldeeinrichtung mit einem zweiarmigen Betätigungshebel 8, einem festen Kontakt 9 und einer beweglichen Kontaktfeder 10 mit einem daran befestig­ ten Gleitstück 11 vorgesehen. Jeweils eine Verschleißmeldeein­ richtung eines Bürstenpaares ist in der Meldeposition bei abge­ nutzter Kohlebürste, die gegenüberliegende Meldeeinrichtung in der Ausgangsstellung bei erneuerter Kohlebürste dargestellt. Der am Bürstenhalter 2 drehbar angeordnete Betätigungshebel 8 hat die Aufgabe, durch seine Lagerung auf der Achse 12 die Be­ wegung der labilen Spiralbandfeder 3 aufzunehmen und beim Er­ reichen des Meldepunktes über das Gleitstück 11 den Kontakt zu öffnen. Die Hebelgeometrie ist derart ausgelegt, daß die Tren­ nung der Kontakte möglichst rasch erfolgt, um ein Flattern der­ selben auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch einen Lastarm des Hebels erreicht, der länger ist als sein kraftseitiger, durch die Bürstendruckfeder belastbarer He­ belarm. Der feste Kontakt 9 sowie der federnde Kontakt 10 sind direkt in schlitzförmige Ausnehmungen 13 (Fig. 3) des Bürsten­ rings gesteckt und arretiert. Dadurch erübrigt sich eine sepa­ rate Fertigung der Schalter, die wiederum auf der Bürstenbrücke zu befestigen wären.

Als weitere Ausführungsform der Meldeeinrichtung kann eine be­ wegliche Kontaktfeder 14 (Fig. 4a und 4b) mit einem isolierten Endstück 15 unter Verzicht eines Betätigungshebels vorgesehen werden. Hierbei liegt die Bürstendruckfeder 3 unmittelbar am isolierten Ende der Kontaktfeder an und öffnet den Kontakt, so­ bald die Kohlebürste 30 infolge ihres Verschleißes am Kontakt ende entsprechend weit in den Bürstenhalter hineingeschoben worden ist. Die Fig. 4b zeigt eine Neubestückung mit der ge­ öffneten Bürstendruckfeder 3.

Bei der Variante nach den Fig. 5a und 5b ist der Einsatz eines vorteilhaft gekapselten Mikroschalters 16 vorgesehen. Die Betätigung erfolgt in dieser Form wiederum durch einen Betäti­ gungshebel 8.

Die Kontakte 9 und 10 sind mit Nasen 17 versehen, unter welche die Anschlußfahnen 18 der Meldeleitungen 19 greifen und mit diesen in einem Arbeitsgang durch Falzen oder Bördeln ("Crim­ pen") elektrisch leitend verbunden werden.

Die Meldeleitungen 19 sind in Nuten 21 der Bürstenringrück­ seite verlegt. Die Anschlußfahnen 18 führen durch die entspre­ chenden schlitzförmigen Ausnehmungen 13 im Bürstenring 1 zu den Nasen 17 der Kontakte 9 und 10. Die jeweiligen Ein- und Aus­ gangsleitungen 19 der Meldeeinrichtung und des Thermowächters 22 sind mit handelsüblichen Rundsteckern 23 versehen und in einem gemeinsamen Steckergehäuse 24 untergebracht. Diese Steck­ verbindungstechnik gewährleistet einen schnellen, sicheren An­ schluß der gesamten Überwachungssensorik des Motors mit Hilfe der mehrpoligen, handelsüblichen Steckverbindungen an das Über­ wachungsgerät. Die in der Bürstenbrückenrückseite angeordneten Nuten 21 sowie die weiteren Ausnehmungen 25 für die Zugänglich­ keit zu den Kontakten 9 und 10 und des Steckergehäuses 24 sind mit einem Abdeckkranz 26 aus Kunststoff verschlossen.

Claims (12)

1. Bürstenbrücke für Niederspannungs-Gleichstrommaschinen, be­ stehend aus einem Bürstenring mit Bürstenhaltern, einer poten­ tialfreien Bürstenverschleißanzeige, einem Thermoschalter zur Überwachung der Bürstentemperatur und einer elektrischen Ver­ bindung der Bürstenhalter miteinander, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenring (1) aus einem duroplastischen, wärmebestän­ digem Formstoff besteht, mit welchem die Bürstenhalter vernie­ tet sind und zur Polverbindung Leiter (4) aus massivem Rundkup­ fer eingesetzt und durch Verstauchen mit den Bürstenhaltern (2) verbunden sind.

2. Bürstenbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meldeeinrichtung für eine Verschleißanzeige direkt in Aus­ nehmungen (13) des Bürstenringes gesteckte und arretierte Kon­ taktelemente (9, 10) vorgesehen sind.

3. Bürstenbrücken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Meldeleitungen (19) zur Verschleißanzeige in Nuten (21) und in durch die Nuten verbundenen Ausnehmungen (25) auf der Rückseite des Bürstenringes angeordnet sind.

4. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktelemente (9, 10) mit Nasen (17) zur Aufnahme von Anschlußfahnen (18) der Meldeleitungen (19) versehen sind.

5. Bürstenbrücke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nasen (17) mit den Anschlußfahnen (18) durch Falzen oder Bördeln ("Crimpen") verbunden sind.

6. Bürstenbrücke nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußfahnen (18) durch schlitzförmige Auf­ sparungen (13) im Bürstenring (1) zu den Nasen (17) der Kon­ takte (9, 10) geführt sind.

7. Bürstenring nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmungen (25) und Nuten (21) für die Auf­ nahme der Leitungen der Meldeeinrichtungen mit einem eintei­ ligen Abdeckkranz (26) aus wärmebeständigem Kunststoff ver­ schlossen sind.

8. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meldeeinrichtung einen auf einer Achse (12) gelagerten zweiarmigen Hebel (8) zur Betätigung der Kon­ taktelemente aufweist.

9. Bürstenbrücke nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der lastseitige Arm länger ist als der kraftseitige Arm des Hebels (8).

10. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eines der Kontaktelemente als Feder (14) mit einem isolierten Ende (15) unmittelbar von der Bürstendruckfe­ der (3) betätigbar ist.

11. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (8) mit einem Mikroschalter (16) für die Meldeeinrichtung in Wirkverbindung steht.

12. Bürstenbrücke nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsleitungen (19) der Meldeeinrichtung und des Thermowächters (22) mit handelsüb­ lichen Rundsteckern (23) versehen sind, die in einem gemeinsa­ men Steckergehäuse (24) untergebracht sind, welches mit dem Bürstenring verschraubt ist.